Çalışmada, çimentonun ağırlıkça yer değiştirmesiyle SBK katkısının ( %0, %1, %3, %5, %8) yüksek dayanımlı betonlara etkisi literatür ve deneysel olarak araştırılmıştır. SBK katkısına göre beton numuneleri aşağıdaki gibi kodlanmıştır.
%0SBK katkılı betonlar %0 kontrol %1SBK katkılı betonlar %1SBK %3SBK katkılı betonlar %3SBK %5SBK katkılı betonlar %5SBK %8SBK katkılı betonlar %8SBK
4.1. AGREGA DENEY SONUÇLARI 4.1.1. Su emme
Agregaların hava kurusu durumundaki ağırlığına göre su emme yüzdeleri Çizelge 4.1’de verilmiştir.
Çizelge 4.1. Agregaların su emme oranı.
Agrega cinsi Su emme (%)
Agrega (0-15 mm)
Kırma kum 1,40 Kırma taş No I 0,70 Doğal Kum 0,60
Bulunan su emme oranları bazalt ve cebeci agregalarına göre daha düşüktür.
4.1.2. Özgül ağırlık
Agrega ve suyun hacimce yer değiştirme esasına göre, agregaların özgül ağırlıkları bulunmuştur. Özgül ağırlık deneysel sonuçlar Çizelge 4.2’de verilmiştir.
61
Çizelge 4.2. Agregaların özgül ağırlık değerleri.
Agrega cinsi Özgül ağırlık (g/cm₃)
Agrega (0-15mm)
Kırma kum 2,69 Kırma taş No I 2,70 Doğal Kum 2,63
Özgül ağırlıkları bazalt ve cebeci agregalarına göre daha hafif olması beton numunelerinin bu agregalara göre birim ağırlıklarının düşük olmasını etkiler.
4.2. TAZE BETON NUMUNELERİ DENEY SONUÇLARI 4.2.1. Çökme-yayılma Deneyi
Taze betonun işlenebilirliğinin belirlenmesi amacıyla çökme hunisi metodu ile kıvam deneyi yapılmıştır. Çökme hunisi üç tabakada doldurulmuş ve her tabakada 25 kez şişleme çubuğu ile şişlenmiştir. Sonrasında çökme hunisi dikkatli bir şekilde yukarı çekilerek betonun kendi ağırlığı altında yayılması sağlanmıştır. Huni yayılan betonun yanına konularak çökme değeri belirlenmiştir. Deneyde kullanılan çökme hunisi Şekil4.1’de verilmiştir.
Şekil 4.1. Beton karışımda slump bakılması.
62
yayılma tepsisindeki değeri hunisi ile şişleme yapılmadan direk olarak ölçülmüştür. Beton numunelerin yayılma miktarları Çizelge4.3’de ve 0-30-60 dakikalardaki yayılma kayıpları Şekil 4.1’de verilmiştir.
Çizelge 4.3. Beton numunelerin yayılma sonuçları.
Beton numuneleri Yayılma (cm) 0 Dk 30 Dk 60 Dk %0SBK(Kontrol) 17 15 13 %1PC 64 59 56 %1SBK 73 72,5 72 %3SBK 75 74 73,5 %5SBK 73 72,5 72,5 %8SBK 74 73,5 73
Beton numunelerin yayılma sonuçlarında; SBK ilave edilmesi %0SBK numunesine göre betonun daha yüksek yayılım vermesine neden olmaktadır.
4.2.2. Birim ağırlık sonuçları
Üretilen betonların taze birim ağırlık deneyi sonuçları Çizelge 4.8’de verilmiştir.
Çizelge 4.4. Taze betonların birim ağırlık deney sonuçları.
Taze Beton Numuneleri Birim Ağırlık (kg/m³) %0SBK (Kontrol) 2355 %1PC 2352 %1SBK 2340 %3SBK 2330 %5SBK 2310 %8SBK 2290
Kontrol numuneleri ile SBK katkı oranına bağlı olarak değişken üretilen taze betonların birim ağırlıkları karşılaştırıldığında, %1SBK, %3SBK, %5SBK, %8SBK katkılı
63
numunelerin birim ağırlıkları sırasıyla %0.6, %1.07, %1.95, %2.86 azalmıştır. Söz konusu katkılı taze betonların birim ağırlıklarının 2340 kg/m³ ile 2290 kg/m³ arasında değiştiği görülmüştür. Taze betonda, SBK miktarı arttıkça birim ağırlıklarda azalma olduğu görülmüştür. Kontrol numunelerinin taze birim ağırlıkları, SBK elde edilen taze beton numunelerine oranla daha yüksek çıkmıştır.
4.3. SERTLEŞMİŞ BETON NUMUNELERİN FİZİKSEL VE MEKANİKSEL ÖZELLİKLERİ
4.3.1. Birim ağırlık
Her bir deney numunesine ait beton numunelerinin birim ağırlıklarının deney sonuçları Çizelge 4.5’te verilmiştir. Kontrol numuneleri ile SBK katkı oranına bağlı olarak değişken üretilen sertleşmiş betonların birim ağırlıkları karşılaştırıldığında, %1SBK, %3SBK, %5SBK, %8SBK katkılı numunelerde sırasıyla %0,65 , %1,31 %2,19, %3,36lık azalma görülmüştür. Üretilen betonların birim ağırlıkları 2305 kg/m³ ile 2230 kg/m³ arasında değişmektedir. Kontrol numunelerinin taze beton birim ağırlıkları, SBK elde edilen taze beton numunelerine oranla daha yüksek çıkmıştır.
Çizelge 4.5. Birim ağırlıkları.
Sertleşmiş Beton Numuneleri Ağırlık(kg/m³) Birim Hacim %0SBK(Kontrol) 2305 %1SBK 2290 %3SBK 2275 %5SBK 2255 %8SBK 2230 4.3.2. Basınç dayanımı
Beton denemelerine ağırlıkça; %0SBK, %1SBK, %3SBK, %5SBK, %8SBK kimyasal katkılar katılmış beton deney numunelerinin 3, 7 ve 28 günlük basınç dayanımları incelenmiştir. Çalışmada, %1SBK katkılı çimento harçlarından en yüksek basınç dayanımı elde edilmiştir. Her bir deney serisinden 150x150x150 mm boyutlarında
64
toplam 45 adet 15 cm’lik küp beton numuneleri üretilmiştir. Söz konusu beton numunelerin basınç dayanımı deney sonuçları Çizelge 4.6 ve Şekil 4.2’de verilmiştir.
Çizelge 4.6. Beton numunelerin basınç dayanımları.
Numuneler Basınç Dayanımları (MPa) 3 Gün 7 Gün 28 Gün %0SBK (Kontrol) 21,19 33,91 42,29 %1SBK 41,32 53,54 65,58 %3SBK 40,95 52,18 53,87 %5SBK 40,14 51,37 53,41 %8SBK 18,51 28,64 35,66 Beton numunelerinin 3, 7 ve 28 günlük basınç dayanımları incelendiğinde;
3 günlük basınç dayanımlarında en yüksek değer %1SBK katkılı (41,32 MPa) ve en düşük dayanımın ise %8SBK katkılı (18,51MPa) numunelerden elde edilmiştir. 7 günlük basınç dayanımlarında da en yüksek değerinin %1SBK (53,54 MPa)’lik en düşük değerin ise%8SBK(28,64 MPa)’lik numunelerden elde edilmiştir.28 günlük en yüksek basınç %1SBK katkılı numuneden (65,58 MPa), en düşük dayanım %8SBKnumuneden (35,66 MPa) elde edilmiştir.
Dozajdaki değişkenliğe bağlı olarak beton numunelerin 3 günlük basınç dayanım değerleri karşılaştırıldığında şahit numunelerin basınç dayanımı , %1SBK katkılı numunelere göre %95, %3SBK katkılılara göre %93, %5SBK katkılılara göre %89 artmış fakat %8SBK katkılılara göre %12 azalmıştır. Bu azalmanın SBK numunesinin %5 üzerinde dayanımda olumsuz düşüşlerden kaynaklandığını düşünülmektedir.
65
Şekil 4.2. Beton numunelerin basınç dayanımları (MPa).
4.3.3. Beton numunelerin su emme oranı
Su emme deneyi için her bir deney serisinden üçer adet olmak üzere toplam 15 adet 15 cm’lik küp numuneler üretilmiştir. SBK katkılı üretilmiş beton numunelerin su emme deneyi sonuçları Çizelge4.7 ve Şekil 4.3’te verilmiştir.
Çizelge 4.7. Su emme oranı.
Numuneler Su Emme % %0SBK(Kontrol) 5,3 %1SBK 3,16 %3SBK 2,98 %5SBK 2,87 %8SBK 2,73
Kontrol betonun SBK katkılı beton numunelerine göre su emme oranı yüksektir. SBK oranı artışına bağlı olarak numunelerin su emme oranları da azalmıştır. Bu azalma; %1SBK katkılılarda %67, %3SBK katkılılarda %77, %5SBK katkılılarda %84, %8SBK katkılılarda %94 oranındadır. 0 10 20 30 40 50 60 70 Kontrol (%0SBK) %1 SBK %3 SBK %5 SBK %8 SBK 3 gün 7 gün 28 gün
66
SBK katkı miktarına göre beton numunelerin su emme oranları karşılaştırıldığında %3SBK katkılı numunenin su emmesi %1SBK katkılı numuneye göre %6 daha azalırken, %5SBK katkılılarda %10, %8SBK katkılılarda %15 düzeyinde bulunmuştur.
Şekil 4.3. Beton numunelerin su emme değerleri.
Kontrol numunenin su emme oranı %5,89 iken, SBK oranı arttıkça su emme oranının %2,73 değerlerine kadar düşmektedir. Sonuç olarak Kontrol numunelerine göre su geçişinin engellenmesi, SBK katkılı üretilen beton numunelerinde su emme oranının azalmasını sağlamıştır.
4.3.4. Yarmada çekme dayanımı
Her bir deney serisinden 28 günlük 15cm’lik küp boyutlarında, toplam 15 adet küp beton numuneleri üretilmiştir. Söz konusu numunelerin 28 gün sonunda yarmada çekme dayanımları bulunmuş olup deney sonuçları Çizelge 4.8 ve Şekil 4.4’de verilmiştir. Yarmada çekme dayanım deney sonuçlarının, basınç dayanım deney sonuçlarıyla karşılaştırılabilmesi için kontrol numunelerin değerleri %100 kabul edilmiştir.
5.89 3.16 2.95 2.87 2.73 0 1 2 3 4 5 6 7 Kontrol (%0SBK) %1 SBK %3 SBK %5 SBK %8 SBK Su Emme (%)
67
Çizelge 4.8. 28 günlük yarmada çekme dayanımları.
Deney Numunesi Basınç Dayanımları Yarmada Çekme Dayanımları MPa % MPa % %0SBK (Kontrol) 42,29 100 3,58 100 %1SBK 65,58 155 4,09 113 %3SBK 53,87 127 4,27 116 %5SBK 53,41 126 4,32 117 %8SBK 35,66 85 4,76 125
SBK katkılı 28 günlük beton numunelerin yarmada çekme dayanımları, şahit numuneleri ile kıyaslandığında %1SBK katkılının %13, %3SBK katkılının %16, %5SBK katkılının %17 ve %8SBK katkılının ise %25 oranında dayanımını artmıştır. Burada %8SBK katkılı numunesinin en yüksek dayanım sağladığı belirlenmiştir.
Şekil 4.4. Yarmada çekme dayanım değerlerinde değişim.
Basınç mukavemetini etkileyen faktörler aynı etkinliklerini çekme mukavemeti üzerinde gösterirler. SBK numune serisindeki tüm numunelerin yarmada çekme dayanımı sonuçları kontrol beton üretiminden yüksek çıkmıştır. Numunelerdeki SBK miktarına bağlı olarak artması aderansının yüksek olması şeklinde yorumlanabilir.
100 113 116 117 125 0 20 40 60 80 100 120 140 Kontrol (%0SBK) % 1 SBK % 3 SBK % 5 SBK % 8 SBK
68
4.3.5. Donma-çözülme deneyi
Deneyin amacı, polimer SBK ilavesi ile elde edilen beton numunelerinin donma- çözülmeye karşı davranışını ortaya koymaktır. Bu sebeple, 10 adet 100x100 mm boyutlarında numuneler üretilmiştir.
Şekil 4.5. Malzemelerin yığışımlı miktar grafiği.
4.3.6. Kılcal su emme
Kontrol numunelerle ve SBK katkılı ile üretilmiş numunelerin kılcal su emme testleri e10 adet 10cm’lik küp numuneler üzerinde yapılmıştır. Söz konusu deneye ilişki Çizelge 4.9 ve Şekil 4.6’da verilmiştir.
Çizelge 4.9. Kılcal su emme.
Beton numuneleri Kılcal Su Emme (kg/m²) Kontrol (%0 SBK) 2,18 %1SBK 1,365 %3SBK 1,36 %5SBK 0,91 %8SBK 0,435 1.11 0.95 0.18 0.11 0.08 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Kontrol (%0SBK) % 1 SBK % 3 SBK % 5 SBK % 8 SBK Yığ ış ım m ik tar ı (k g/m ²)
69
Karışımlarındaki SBK içeriğinin artmasıyla, numunelere ait kılcal su emme % içeriğinde azalma görülmüştür.
Şekil 4.6. Kılcal su emme.
4.3.7. Ultrases hızı
Subaşı (2010), uçucu kül ikameli betonlarda vibrasyon süresinin fiziksel ve mekanik özelliklere etkisi çalışmasında uçucu kül ikameli C30 betonlarda ultrases geçiş hızlarını incelemiştir. Nitekim Subaşı (2010) yaptığı çalışma bu çalışmaya kriter olarak alınabilir. Çalışmanın sonucunda 3.94 km/s ile 4.12 km/s arasında sonuçlar elde etmiştir [63].
Beton numunelerin TS EN 12504-4 standardına göre yapılan ultrases hızlarının deney sonuçları Çizelge 4.10‘da verilmiştir [62].
Çizelge 4.10. Ultrases hızları.
Beton Numuneleri %0SBK (Kontrol) %1SBK %3SBK %5SBK %8SBK Ultrases Hızı (km/s) 3.78 3.84 3.90 3.98 4.06 2.18 1.365 1.36 0.91 0.435 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Kontrol (%0SBK) % 1 SBK % 3 SBK % 5 SBK % 8 SBK Kılcal Su E m m e (m m )
70
Genel olarak SBK katkılı betonların ultrases hızları 3500-4000 m/s arasında çıkmaktadır. Bulunan değerlere göre SBK katkılı beton numunelerinin normal beton sınıfına girdiğini söyleyebiliriz.
4.3.8. SEM-EDS analizleri
SBK katkısının beton üzerine etkisini incelemek Kontrol (%0SBK) numunesi ile %1, %3, %5 ve %8 oranlarında SBK karışımlar üretilmiştir. Beton numunelere ait SEM görüntüleri ve numunelerin mineralojik yapılarını gösteren X-ışınları difraktogram sonuçları (EDS) Şekil 4.7’de verilmiştir.
Genel olarak incelendiğinde numunelerin gözeneksiz yapıya sahip mineraller içeren agregalar olduğu görülmektedir. Yapı içerisinde feldispat, dolamit, kalsit gibi mineraller ve C-S-H, portlandit ve etrengit (trisülfoaluminat hidrat) gibi hidrate fazlar ve hidrate olmamış çimento tanecikleri bulunduğu, numuneler arasında %8SBK numunelerin biraz daha gözeneksiz bir yapıya sahip olduğu belirlenmiştir.
SBK katkılı beton numunelerin içindeki amorf silis, Ca(OH)₂ ile reaksiyona girerek C- S-H oluşturmakta dolayısıyla yapı içindeki Ca(OH)₂ azalmaktadır. Yapıdaki dolomitin büyük bir kısmı, SBK ile üretilen numunelerde kullanılan kalker oranının artışından kaynaklanmıştır. Bu durum EDS analiz sonuçları ile de desteklenmektedir.
71
Şekil 4.7. Kontrol(%0SBK) numunelerin SEM-EDS görünümleri. +
72
Şekil 4.8. %1SBK katkılı numunelerin SEM-EDS görünümleri. +
73
Şekil 4.9. %3SBK katkılı numunelerin SEM-EDS görünümleri. +
74
Şekil 4.10. %5SBK katkılı numunelerin SEM-EDS görünümleri. +
75
Şekil 4.11. %8SBK katkılı numunelerin SEM-EDS görünümleri. +
76